МОНИТОРИНГ МИКРОБНОГО ФОНА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР НА ПРОТЯЖЕНИИ ДЕСЯТИЛЕТИЙ

В нынешней ситуации как никогда актуален вопрос о перерабатывающей и пищевой промышленности. Аграрий Казахстана стремится поднять голову и обеспечить население страны продуктами сельскохозяйственной отрасли и выполнить продовольственную программу (далее ПП). Это непростая задача, поэтому, цитируя ПП, можно выделить некоторые основные моменты цели ПП на 2017-2021 — повышение конкурентоспособности отрасли АПК путем увеличения производительности труда с 1,2 млн тенге на 1 занятого в сельском хозяйстве в 2015 году до 3,7 млн тенге к 2021 году, а также экспорта переработанной продукции с $945,1 млн в 2015 году до $2 400 млн в 2021 году.

Задачи поставлены амбициозные не только по общим вопросам агрария, но и в зерновой отрасли. В 2015 году валовый выпуск продукции сельского хозяйства составил 3,3 трлн. тенге, в 2016 году 3,7 трлн. тенге, в 2017 году 4,1 трлн. тенге, что в номинальном выражении больше на 23,1 %, чем в 2015 году. За указанные годы возросли площади ячменя на 534,7 тыс. га или на 34,7 %, овса – на 69,6 тыс. га (46,6 %), кукурузы (маис) – на 38,9 тыс. га (39,1 %), масличных – на 664,5 тыс. га (36,6 %), кормовых – на 831,5 тыс. га (на 31,7 %), овощебахчевых культур – на 42,1 тыс. га (21,4).

За 2011 – 2017 годы посевная площадь зерновых культур сократилась с 16,2 до 15,4 млн. га. За последние 5 лет среднегодовой сбор зерна составил 19,1 млн. тонн, что на 7,8 % больше аналогичного показателя за 2008 – 2012 годы. При этом средняя урожайность зерновых культур составила 12,6 ц/га (больше на 12,3 %).

Не смотря на эти показатели, вопрос сохранения урожая зерновых культур остаётся одним из острых проблем АПК.

Связь бизнеса и науки в Казахстане слабая, т.к. неверно расставлены приоритеты науки перед бизнесом. Бизнес не уверен в полезности науки в достижении финансового роста. А зря. Поэтому «будут установлены требования об обязательном софинансировании прикладных НИОКР субъектами АПК и/или отраслевыми ассоциациями – потребителями планируемых результатов с последующим внедрением на базе субъектов АПК и организацией демонстрационных участков. Для этого будут внесены изменения в законодательство РК. Финансирование аграрной науки в 2030 году будет доведено до 1 % от объема валовой продукции сельского хозяйства, в том числе до 0,5 % в 2021 году». Достаточное финансирование позволит решить задачи исследования и в области сохранения зерновых культур решением ряда задач, одной из которых является изучение микробного фона зерновых культур в Казахстане. В соседней России исследования зерновых ведутся в ряде институтов.

В зерновых продуктах содержится очень много микробов, которые при низкой влажности продуктов находятся в состоянии покоя и не вызывают в них каких-либо изменений. Турусов В.И., Сауткина М.Ю., Чевердин А.Ю., Чевердин Ю.И указали, что при увеличении влажности свыше 15% микробы начинают развивать свою жизнедеятельность и могут нанести большой вред. Прежде всего, развиваются плесневые грибы, которые выделяют большое количество ферментов, размягчающих оболочку зерна, что создает благоприятные условия для развития бактерий и дрожжей.

Основная масса микрофлоры состоит из бактерий, среди которых преобладают (до 90%) палочки гербикола (Erwinia herbicola), молочнокислые бактерии, микрококки, кишечная, картофельная и сенная палочки, протей, плесневые грибы и дрожжи. Отличаясь удивительной устойчивостью к высушиванию, она долго сохраняется и на продуктах переработки зерна. Aspergillus и Penicillium способны продуцировать микотоксины. Распространенность микробов злаковых культур характеризуется грибами F. roseum с сумчатой стадией G. saubinetii (F. graminearum с сумчатой стадией G. zeae), химически идентифицированными самоотравляющими веществами вомитоксин (от англ. vomiting – рвота), микотоксин – дезоксиниваленол (ДОН), фузариевыми грибами, вызывающими септическую ангину, позже названное алиментарнотоксической алейкией (АТА). Группа ученых различных специальностей (медики, химики, ветеринары, микологи) под руководством Саркисова А.Х. занимались изучением эпидемиологии, этиологии, патогенеза и лечения АТА. Удалось установить, что ее причиной является гриб F. sporotrichioides, паразитирующий на зерне и способный продуцировать токсичные метаболит, образуемый грибом F. sporotrichioides с культурой штамма Т2, выделенного из образца зерна кукурузы, вызывавшего гибель скота, и ошибочно идентифицированного как F. Tricinctum впоследствии — F. sporotrichioides, р. Fusarium. F. sporo trichioides не образует отчетливо видимых симптомов поражения колоса и зерна. Продуцент микотоксина заболевания «пьяный хлеб» — гриб F. Graminearum. Выявлена половая стадия грибов – Gibberella saubinetii (син. G. zeae, сумчатая стадия гриба F. graminearum) и G. fujikuroi (F. moniliforme)

Последнее десятилетие проблема зараженности зерна и загрязнения его микотоксинами остается чрезвычайно важной. Мониторинг зараженности зерна в нашей стране традиционно проводится региональными службами, контролирующими качество семян, а также учеными, изучающими заболевания растений и связанные с ними проблемы. С высокой частотой в последние годы встречались F. sporotrichioides, F. poae, F. avenaceum, F. graminearum. Если провести сравнительный мониторинг, то в 2014 г. ВНИИЗРом проанализировано 38 образцов зерна пшеницы и доля инфицированных образцов составила 73,3% от образцов, в Краснодарском крае и Ростовской области 80% выделенных изолятов относились к секции Sporotrichiella: F. poae –51,2%, F. sporo trichioides – 20,6% и F. tricinctum – 6,8 %. Доля вида F. graminearum в зерне урожая составляла только 7,1 % при общей низкой зараженности зерна. Т2 токсин был выявлен в 42,1 % образцов пшеницы (4–785 мкг/кг) и в 77,6 % ячменя (4–970 мкг/кг). Анализ 33 образцов зерна озимой пшеницы урожая показал низкую зараженность (пределы 1–4 %) грибами F.poae, F.sporotrichioides, F.proliferatum. Среди основных патогенов зерна в Приморском крае были F.graminearum, F.poae, F.sporotrichioides и F. avenaceum (Егорова, Калантаевская, 2000; Иващенко и др., 2000). Зараженность образцов пшеницы 2012 составила в среднем 14% (пределы 5–23%), ячменя – 9% (6–11%), доля гриба F.graminearum составила 37%, следующим по встречаемости был F.poae, затем по уменьшению – F.avenaceum, F.sporotrichioides, виды комплекса G.fujikuroi, F.equiseti, F.semitectum, доля видов F.oxysporum и F.solani в микофлоре зерна на Дальнем Востоке значительно выше (до 5%), чем в зерне из европейской части РФ. По данным сотрудников ВНИИВСГЭ, на территории Уральского региона преобладали виды F.poae и F.avenaceum, Западно-Сибирского – F.poae, F.avenaceum, F.sporotrichioides, F.acuminatum, Восточно-Сибирского – F.poae, F.avenaceum, F.acuminatum (Малиновская и др., 2014). Исследование образцов зерновых культур из Уральского, Западно-Сибирского, Восточно-Сибирского и Дальневосточного регионов показало почти повсеместную встречаемость Т2 токсина (Кононенко, Буркин, 2012). Самая высокая загрязненность зерна установлена в Алтайском крае – 86,9% проб. В зерне овса выявлено 11 видов (F.poae, F.sporo trichioides, F.avenaceum, F.tricinctum, F.langsethiae, F.anguoides, F.incarnatum, F.heterosporum, F.graminearum, F.equiseti, F.dimerum). Среди изолятов, выделенных с зерна ячменя, идентифицировано 16 видов (F.poae, F.sporotrichioides, F.avenaceum, F.tricinctum, F.anguoides, F.incarnatum, F.heterosporum, F.graminearum, F.equiseti, F.dimerum, F.culmorum, F.acuminatum, F.oxysporum, F.solani, F.subglutinans, F.torulosum). Наиболее часто из зерна выделяли F.poae, следующим, с более низкой частотой встречаемости, был F.sporotrichioides. Гриб F.langsethiae выявлен повсеместно в зерне на Северо-западе РФ.

Изучение фузариоз зерновых культур, широко распространенного в мире заболевания, снижающее ценность урожай начато в 1880–1890  г.г. А.В.Пальчевским. Использование зараженного зерна в пищу и на корм вызывало у людей и животных вызывало отравление, рвоту, поражение центральной нервной системы, приводящее к возбуждению и судорогам, расстройствам зрения, первые симптомы которого напоминали опьянение, по этой причине проблема получила название «пьяный хлеб». Заболевание сопровождалось головной болью, высокой температурой, ознобом, болями в мышцах и суставах, тошнотой и рвотой, впоследствии начинался геморрагический диатез с образованием кровоточащих некротических язв на слизистых пищеварительного тракта и коже. Такие же симптомы наблюдались у домашних животных, поедавших солому, оставленную под снегом до весны.

В 1930–1950 годы употребление в пищу некачественного перезимовавшего в поле зерна, пораженного грибами, привело к массовому заболеванию алиментарно-токсической алейкией (АТА) сельского населения. Эти трагические события, приведшие к гибели тысяч людей и животных, стали для всего мира классическими примерами чрезвычайной опасности микробов зерновых культур. Поэтому уже около 120 лет изучаются микробы, вызывающие ухудшение качества зерна. Анализируя микробный фон зерновых культур, нельзя не назвать авторов научной информации И.Н. Абрамов (г.г.жизни 1884–1953), М.С. Дунин (1901– 1993), К.Е. Мурашкинский (1884–1948), Н.А. Наумов (1888–1959), Н.А. Пальчевский (1862–1909), С.М. Тупеневич (1893–1983), А.А. Ячевский (1863–1932) и др. Проблема инфицированности зерна имеет международное значение, что заставляют специалистов постоянно обращаться к данной проблеме. Исследователи всего мира тратят значительные усилия на изучение морфологических особенностей, биологии, биохимии, физиологии, генетики грибов, бактерий и дрожжей, выявление путей ограничения их численности в агробиоценозах, снижение вредоносности. Значительное внимание проблеме зараженности зерна и контаминации его микотоксинами уделяют такие организации, как ФАО, ВОЗ, Всемирная экологическая организация (ЮНЕП) и многие другие. В мировом научном сообществе выполняются различные национальные и международные исследовательские программы и проекты, направленные на решение проблемы защиты зерновых культур и обеспечение безопасности человека и животных.

Лаборатории Астанинского филиала Казахского научно-исследовательского института перерабатывающей и пищевой промышленности предложили свои разработки в борьбе за здоровый урожай зерновых культур. Внедрение и совершенствование системы защиты зерновых культур Казахстана, в которой главная роль принадлежит биологическому методу, является перспективным. Высокая устойчивость некоторых микроорганизмов к высоким температурам и химическим элементам обуславливает целесообразность проведения профилактических мероприятий, исключающих их синтез и накопление. Стратегия защиты растений должна основываться на системном анализе производственной необходимости, окупаемости затрат в пределах каждой культуры, прогнозирования вредных организмов и планирования урожая. При этом, нужно действовать так, чтобы подход был комплексным, только тесная связь сельхозпроизводителей с наукой позволит наилучшим образом защитить сельскохозяйственные растения от вредных организмов, и одновременно довести до минимального отрицательного воздействия на окружающую среду в получении высокого урожая.

Арынова Райхан А. – доктор биологических наук, заведующая;

Атабаева Бекзат С. — научный сотрудник

лаборатории микробиологии и биотехнологии АФ ТОО «КазНИИППП»